Este gráfico de la estructura en lazo de una proteína vívida con un sol naciente indica el reloj circadiano (ciclo de 24-horas).

Según dicen investigadores de Cornell en una explicación biológica de los relojes circadianos.

Los relojes circadianos regulan el tiempo de las funciones biológicas en casi todos los organismos superiores. Cualquiera que haya volado a través de varias zonas horarias conoce el jet lag que resulta de este trastorno del tiempo.

Ahora, una nueva investigación por parte de científicos de Cornell y Dartmouth explica el mecanismo biológico bajo cómo los relojes circadianos sienten la luz a través de un proceso de transferencia de energía de la luz a reacciones químicas en las células. La investigación se publicará en el número del 18 de mayo de la revista Science.

Los relojes circadianos en las células responden a diferencias de la luz entre la noche y el día y de esta forma permiten a los organismos anticiparse a los cambios del entorno ajustando su metabolismo al ciclo diario. Los relojes desempeñan un papel en muchos procesos: sincronizan el momento en que las plantas con flor abren sus pétalos por la mañana y los cierran por la noche; o ajustan el momento en que los hongos liberan sus esporas para maximizar su éxito reproductivo. En los humanos, los relojes son los responsables de por qué tenemos sueño por la noche y nos despertamos por la mañana, y controlan las principales funciones regulatorias. Las interrupciones en el ritmo circadiano pueden causar jet lag, enfermedades mentales o incluso algunas formas de cáncer.

«Estos relojes están conservados en todos los organismos, y en organismos separados por cientos de millones de años de evolución», dijo Brian Crane, el autor que dirige el artículo y profesor asociado en el Departamento de Química y Biología Química de Cornell.

El estudio revela cómo un hongo (Neurospora crassa) usa los sensores de luz del reloj circadiano para controlar la producción de carotenoides, que lo protegen de los daños de la radiación solar ultravioleta justo tras la salida del sol. Los investigadores estudiaron una proteína llamada vívida, que contiene un cromóforo – una molécula que absorbe la luz. El cromóforo captura un fotón o partícula de luz, y la energía capturada de la luz dispara una serie de interacciones que finalmente llevan a unos cambios en la conformación de la proteína vívida. Estos cambios estructurales en la superficie de la proteína dan lugar a una cascada de eventos que afectan a la expresión genética, tales como los que activan o desactivan la producción de carotenoides.

Sustituyendo un sólo átomo (azufre por oxígeno) en la superficie de la proteína vívida, los fueron capaces de cortar la cadena de eventos y prevenir los cambios estructurales en la superficie de la proteína, interrumpiendo de esta forma la regulación de la producción de carotenoides.

«Ahora podemos demostrar que este cambio conformacional en la proteína está directamente relacionado con su función en el organismo», dijo Brian Zoltowski, principal autor del artículo y estudiante graduado en Biología Química en Cornell.
El reloj circadiano permite a los hongos regular y producir carotenoides sólo cuando son necesarios para protegerse de los rayos del sol. Un “interruptor” similar puede ser el responsable de sincronizar el ciclo del sueño en los humanos.

«Estamos interesados en intentar comprender el comportamiento a nivel molecular”, dijo Crane. «Este es un gran ejemplo de Química Biológica, en el que podemos perturbar la química de una única molécula de una forma concreta y en realidad cambiamos el comportamiento de un organismo complejo».

El estudio fue financiado por los fondos del Instituto Nacional de Salud.

Autor: Krishna Ramanujan
Fecha Original: 18 de mayo de 2007
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